view

Annonsplats







Faradbloggen

Ny övervakning på lösa boliner

22/11 2012

Bokhyllan

Bokomslag

Kul om kvantfysik

8/11 2012

Diagram: Låg andel högskoleingenjörer tar ut examen

”Förbjudna” kristaller kan komma i fler stål

Elektronspridningen från en kvasikristall med tiofaldig symmetri. Dessutom finns femfaldiga symmetrier i mönstret.

Hans upptäckt var så orimlig att han sågs som en skam för sin arbetsplats. Idag har fyndet ändrat definitionen på vad som är en kristall. Hans material finns i kirurgiska instrument som måste vara tunna, men starka. 2011 års nobelpris i kemi går till Dan Shechtman, som upptäckte kvasikristallerna.
Jan-Olof Nilsson på svenska Sandvik, som utnyttjar kristallerna i flera produkter, är mycket glad över priset:
– Han har visat stort vetenskapligt mod.

Kemipriset 2011 går till en nästan 30 år gammal upptäckt. 1982 såg kemisten Dan Shechtman ett helt oväntat mönster när han studerade atomstrukturen på en aluminium-mangan-legering, som hade kylts väldigt snabbt. Enligt de gängse teorierna kunde kristaller av material bara ligga ordnade i mönster som var 2-, 3-, 4- eller sexfaldiga. I sin anteckningsbok skrev Shechtman ”10 fold”, tiofaldig, med tre frågetecken efter. Efter ett tag upptäckte han även femfaldiga strukturer – som var lika orimliga de, enligt gängse teorier.

– Det var förbjudet! konstaterar han i ett videoklipp från American Technion Society. Under några år var jag ensam, förlöjligad.

Det skulle dröja två år innan han fick sin upptäckt publicerad. Innan dess förklarade hans överordnade att han var en skam för sin institution, för att envisades med att hävda att han hade rätt. Till och med Linus Pauling, dubbel nobelpristagare, varav en gång i kemi, vägrade tro på upptäckten. In till sin död hävdade han att det Shechtman sade var nonsens.

Idag finns hundratals rapporter om kvasikristaller, de har hittats i naturen, och de finns i flera specialstål från svenska Sandvik. Jan-Olof Nilsson, seniorrådgivare och tidigare chef för Sandvik Steels metallfysikaliska forskning, tycker att Shechtman är värd priset framför allt för sitt vetenskapliga mod:
– Det fanns andra som hade sett de där femfaldiga strukturerna tidigare, berättar Jan-Olof Nilsson. Men de hade inte vågat visa upp dem; de trodde att de var snurriga.

Det vetenskapliga modet framhålls också av nobelkommittén: “Dan Schechtmans bragd är inte bara upptäckten av kvasikristaller, utan insikten om vikten av resultatet och beslutsamheten att kommunicera det till ett skeptiskt vetenskapssamhälle”, skriver kommittén i sin vetenskapliga sammanfattning.

Före Shechtmans upptäckt var själva definitionen på en kristall att strukturen var ordnad i ett regelbundet återkommande mönster. Men med fem- eller tiofaldiga strukturer blir det inga periodiska mönster. Nu har definitionen på en kristall ändrats. Idag är det ”ett fast ämne som i huvudsak har ett diskret diffraktionsdiagram”.

Drygt tio år efter att Shechtman publicerat sina resultat hittade forskarna på Sandvik kvasikristaller i ett av sina stål.
– Det var en oväntad upptäckt, inget vi strävade efter, berättar Jan-Olof Nilsson. Vi letade efter något som var starkare och segare än befintliga material till kirurgiska instrument.

Till slut hade ett nytt material hade tagits fram av Sandviks materialforskare. Men de förstod inte varför det blev så bra. Efter att ha studerat strukturen upptäcktes kvasikristallerna, som fungerade som ett slags armering i stålet. Men det märkvärdiga med Sandviks stål var att det inte hade snabbkylts, som de flesta andra material med kvasikristaller i.
– Vi trodde ganska länge att det var genom snabb svalning som man kunde ”frysa in” strukturer, berättar Jan-Olof Nilsson. Men vi bakade vårt stål under lång tid, vid ganska ljumma temperaturer.

Idag finns stålet i ett par kommersiella produkter. Instrument för ögonkirurgi är en stor tillämpning.
– Det var drivfjädern för att ta fram stålet.

Dessutom finns det i en del rakapparater. Där är det formbarheten i mjukt tillstånd i kombination med den höga hållfastheten när det är klart, som är viktig. För Sandviks del har kvasikristallerna också lett till flera vetenskapliga publikationer.
– Det visar att man måste bedriva vetenskap för att tjäna pengar! säger Jan-Olof Nilsson.

Och han låter ana att det är fler produkter på gång som bygger på kvasikristaller.
– Kursändringar brukar ta några årtionden... Vi kan se tänkbara tillämpningar till exempel där man vill ha låg friktion, mer kan jag inte säga just nu. Det finns ganska många egenskaper som är outnyttjade.

Nobelkommittén framhåller att kvasikristallerna leder värme och elektricitet dåligt, och att ytan är avstötande. Den dåliga värmeledningsförmågan gör att de kan användas i material som omvandlar värme till elektrisk ström. Målet med sådan forskning är att återanvända spillvärme från till exempel bilar och lastbilar. Kvasikristaller skulle också kunna användas som beläggning i stekpannor, värmeisolerande material i motorer och i komponenter ljusdioder.

Sus Andersson

12/10 2011